國內(nèi)外夾具技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、國內(nèi)外夾具技術(shù)現(xiàn)狀及開展趨勢機(jī)I或制造業(yè)是刮造業(yè)最近要組成之i,也是國民經(jīng)濟(jì)最重要的根底產(chǎn)業(yè)之一它相 貨著向國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)洞提供機(jī)械裝備的任務(wù).無為是傳統(tǒng)制造業(yè)還是現(xiàn)代柔性制造 系統(tǒng),由于大量的加T.操作需要裝夾,夾具就顯得尤其重要,它直接影響加工研量、生 產(chǎn)效率及制造本錢等.夾具是指機(jī)械加工、熱處理及裝配等工藝過程中,為了安裝加工 工件,使之占有正麻的也置,以保證零件和產(chǎn)品的險(xiǎn)耿,并提生產(chǎn)效率所采用的工藝 裝配好的夾具設(shè)計(jì)可以提升產(chǎn)品生產(chǎn)率,保證卻工精度*降低生產(chǎn)本錢及減輕勞動(dòng) 強(qiáng)度等,此外使用專用夾具還可以改變原機(jī)床的用途及擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍實(shí)現(xiàn)1機(jī) 名能.在一個(gè)柔性制造系統(tǒng)中,夾具設(shè)計(jì)制

2、造的費(fèi)用占到整個(gè)系統(tǒng)費(fèi)用的10%、20%圖.機(jī)床夾具在機(jī)械加工中發(fā)揮著竄要的作用.大量專用機(jī)床夾具的使用為大批量生產(chǎn) 提供了必要的條件,例如：20世紀(jì)之初美國只能生產(chǎn)數(shù)千輛汽車a福特汽車公司推出T 型帶車后訂單急增,為了保證零件的互換性在當(dāng)時(shí)蔣耍校差的機(jī)床上如何保證孔距精度 成為提升生產(chǎn)率的瓶頸,鉆模和隨后附現(xiàn)的螳根有效地解決這一問題,到了 20世紀(jì) 20年代機(jī),莢國汽車工業(yè)的隼產(chǎn)量已到達(dá)百方輛以上“將通通用機(jī)冰$專用來具這 一生產(chǎn)方式翻開了近現(xiàn)代大批更生產(chǎn)的幅郁國.在實(shí)際生產(chǎn)中,如果沿用夫具花生產(chǎn)效 率,工件安裝式加工梢度等方面還不淌足工件加工的需要,或安裝工件不方便時(shí),就 必須設(shè)計(jì)專門為某

3、一工件的某道工序所需要的夾具.其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、操作迅速方便! 可以保證較高加工精度和生產(chǎn)率：但設(shè)計(jì)和制造用期長,制造費(fèi)用高,在產(chǎn)品變更后無 法利用而導(dǎo)致報(bào)城.夾具最早田現(xiàn)在1787年,其開展經(jīng)歷了三個(gè)階段,第一階段表現(xiàn)為夾具與人的結(jié) 合.在出開展初期,機(jī)械制造的精度較低,機(jī)械產(chǎn)品的加工族生主要依敕于勞動(dòng)者個(gè) 人的經(jīng)驗(yàn)和手藝.而夾具僅僅作為加工工藝過程中的-即輔助工具；第二階段尾隨著見 東、汽車、飛機(jī)等制造業(yè)的開展,夾具的門類才逐步開展齊全.夾具的定位、夾緊、導(dǎo) 向元件的結(jié)構(gòu)也H趨完善,逐漸開展成為系統(tǒng)的.要工藝裝備之一；第三階段是近代由 于世界科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及社會生產(chǎn)力的迅速提升,夾具在系統(tǒng)

4、中占據(jù)相當(dāng)柬要的地位 該除段的主要特征表現(xiàn)為夾具與機(jī)床的緊密結(jié)合,現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代,以適應(yīng)劇烈的市場競爭用管國 際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計(jì)我明：多品種生產(chǎn)的工件已占工作種類的85%左右.然而目前, 一股企業(yè)習(xí)慣于采用傳統(tǒng)的專用夾具,在一個(gè)具有單一生產(chǎn)的水平工廠中約擁有 1300015X0套專用夾具.另一方面,在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中,約隔4年就要更新80% 左右的專用夾具,而夾具的實(shí)際磨損盤只有15%左右.近年來類性制造系統(tǒng)FMS.數(shù)捽機(jī)床NC.加工中央MC和成機(jī)床工GT等新技術(shù)的應(yīng)用和推廣,使中小 批生產(chǎn)的生產(chǎn)率逐步趨近于大批量生產(chǎn)的水平.隨著制造技術(shù)的開展,產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期縮

5、短,更新?lián)Q代加快.因而傳統(tǒng)的大批量生 產(chǎn)旗式逐步被中小批所生產(chǎn)模式所取代.機(jī)械制造業(yè)須具備較高的柔性才鋌適應(yīng)這種變 化,國外已把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有權(quán)手段,并將其作為機(jī)棧制造業(yè)的主要 開展方向.一般將組合夾具視為柔性夾具的代名詞.分合夾具系統(tǒng)一般有兩種類里： 基于銷燈和基于T型槽系統(tǒng).基于俏釘?shù)慕M合夾具主要是通過基座上的定位孔實(shí)現(xiàn)對 夾具元件將確定位和緊固作用主要有：BluoTechnikteSi美國,Kipp償國、Stevens 美國、SAFE 美國、TJMGS 中國及CPU 俄器斯.基于T型梢的組合夾具 是通風(fēng)基座上互相垂JS和平行的T型槽實(shí)現(xiàn)對工件的鑄確定位.比擬盲名的系統(tǒng)有：

6、Wharton Unitool 英格蘭、YCII 俄羅斯、CAT1C 中國、Halder 德國叫 而應(yīng) 用組合夾具的關(guān)鍵技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)CAFD,它正朝著提成化、標(biāo)準(zhǔn)化、 并行化及智能化方向開展網(wǎng).為了適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)向商、精、尖方向開展的需要以及多品種、小批量生產(chǎn)的特 點(diǎn),現(xiàn)代夾具正朝著精密化、高效化、柔性化、標(biāo)準(zhǔn)化四個(gè)方向開展.1精密化隨著機(jī)械產(chǎn)品楮度的提升,勢必對其精度提轉(zhuǎn)更高的要求.精密化夾具的結(jié)構(gòu)類憎 繁多,例多分度可達(dá)±0用于/普分度的多比盤,用丁格甯不削的高精度二爪卡世, 其定心精度為5 pm 2高效化高效化夾具可以減少工件加工的總時(shí)間,以便提升勞動(dòng)生產(chǎn)率,

7、減少工人為動(dòng)強(qiáng)位. 常見的高效化夾具有：自動(dòng)化夾具、高速化夾具、具有夾紫動(dòng)力模塊的夾具等.例如使 用電動(dòng)虎鉗裝夾T件,可使工件效率比苫通虎鉗提升5倍左右：而高速卡盤那么可保證卡 爪缶轉(zhuǎn)速9000min的條件下能正常夾緊工件,使切削速度大幅度桃高.3柔性化夾具的柔性.化與機(jī)床的柔件化類似,它通過調(diào)組合方式以適應(yīng)工藝可支因素.具有 柔性化的新型夾具腫類主要有：組合夾具、勸用可調(diào)夾只、成組夾貝、模塊夾具,數(shù)控 夾具等,任較長時(shí)間內(nèi),夾具的柔性化將是夾具開展的主要方向.<4標(biāo)準(zhǔn)化夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個(gè)方面,在制造典型夾具結(jié)構(gòu)的根底匕百 先誑行夾具元件和部件的通用化,也立典型尺寸系列

8、或變理,以減少功能用途相近的夾 具元件,舍棄一些功轉(zhuǎn)低劣的結(jié)構(gòu).目前,我國已有夾具零件、部件的國家標(biāo)準(zhǔn)： GD2148-2249-80, GB2262226980以及通用夾具標(biāo)準(zhǔn),組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等.夾R的標(biāo)準(zhǔn) 化也是夾具柔性化高效化的玨礎(chǔ),作為開展趨勢,這類夬具的標(biāo)準(zhǔn)化有利于夾具的專業(yè) 化生產(chǎn)及縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)本錢.金屬切削加工過程是一個(gè)高度的動(dòng)態(tài)性, 作戰(zhàn)性的過程,其過程涉及到材料學(xué)、彈 蟹性力學(xué)、斷裂力學(xué)、熱力學(xué)及摩瘠學(xué)等許多問題,這阻礙了實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)行,隨省計(jì) 分機(jī)技術(shù)的開展,有限元法開始被應(yīng)用于切削工藝的模擬中.有限元方法最早被應(yīng)用在切削L藝的模擬是在70年代,與其它傳統(tǒng)方法相比,

9、它 大大提升了分析的精度.1973年美國Illinois大學(xué)的BEKhnwcd最先系統(tǒng)地研究了 金屬切削加工中切屬形成的原理,1980年美國的NorthCarolina州立大學(xué)的M.R. Lajczok.應(yīng)用有限元法初步分析切削工藝.1982年,Csui和Shirakash產(chǎn)為建立穩(wěn) 態(tài)的正交切削模型,第一次提出刀面用、切因幾何形狀和流線等,預(yù)測了應(yīng)力應(yīng)變和溫 度等參數(shù)n 1984年,lwat/3喀將材料假定為剛W性材料,利用凄冊性有限元法分析: 低速切削、低應(yīng)變速率時(shí)的檜態(tài)正交切削.但由于忽略了彈性變形,因而未能計(jì)算出我 余應(yīng)力.Sgbjiwsjum和Carroll網(wǎng)將工件材料假定為彈塑性,

10、在工件和切屑之間采用絕 熱模型,模擬了從切削開始到切用特定成形的過程.他們采用等軟塑性應(yīng)變作為切屑分 離的準(zhǔn)那么,而等效塑性應(yīng)變值的選擇影響位口外表的應(yīng)力分布3 1990年,Strenkowski 和MooJB模擬了切屑形狀,用Eukr仃限元模型研究正交切削,忽略彈性變形,加 測了工件、刀具以及切屑中的泓度分布.Komvopoulos和Erpenbecl?""用肉侖摩擦定笊 通過正交切削解析方法得到刀具與切屑之間的摩擦力和法向力.用彈震性有限元模型 研究了鋼質(zhì)材料正交切削中刀具側(cè)面磨損、積同痛及1：件中的剩余應(yīng)力等° Furukawa 和Motwuki用實(shí)驗(yàn)方法研

11、究鋁合金超精密切削中工件外表的光潔度對加工質(zhì)量:的影 響.Naoyo IkwJ"用相密切削機(jī)床在實(shí)驗(yàn)中測揖了紅銅材料切屑形成和切削深度之間 的關(guān)系.ToshimichiMoriwak產(chǎn)噂用巾愀性有限元性型模版/上述實(shí)驗(yàn).他們模擬了切 削深度在毫米到納米范闈內(nèi)紅銅材料正交切削過程中的溫度場.J.V.C. Sou2a , MCA. Nono, M.V. Ribeid網(wǎng)等研究了數(shù)化硅陶亮刀具切削灰皆鐵時(shí)刀具性能,并對切削用量 對切削力的影響進(jìn)行了分析.國內(nèi)研究切削加工的學(xué)者在模以切劑過程方面也取得了不少的研究成果.黃志超因 等論述了有限元中網(wǎng)格劃分技術(shù),分析了各種網(wǎng)格生成方法的特點(diǎn),并XJ

12、有限元網(wǎng)格劃 分技術(shù)的開展趨勢進(jìn)行展望.陳明等在有限元環(huán)境F建立廣三維銃削航空器合金的溫 度場模型,分析了切削速度、進(jìn)給量對切削溫度的影響.并通過紅外熱像儀的觀測,驗(yàn) 證了仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的吻合.度.戌凱司等結(jié)合行限元技術(shù)和切削力數(shù)學(xué)模型,對薄 壁件加工變形進(jìn)行/分析和計(jì)算,提配研究薄壁件加工精度的系統(tǒng)方案.黃志剛網(wǎng) 等建立金屬正交切削加一 1：的熱力相合有限元模型,并利用軟件模擬了材料切削過程,通 過與試驗(yàn)結(jié)果的比擬證實(shí)有限元模型的正確性,隨后他們繼續(xù)利用跣削溫度、銃削力 的分析模型求解三維銃削加工的瞬態(tài)溫度和瞬態(tài)切削力,將其作為動(dòng)態(tài)載荷應(yīng)用于三 維切削模型,模擬/三維快削加_£

13、過程,預(yù)測了零件的變形.梁文杰由以通用有限元軟 件為平臺,建立了具車削材料的一維熱力稿含有限元模擬,阮景奎間通過對高速跣削 合金鑄快時(shí)的鋸齒狀切周形成過程的儕真分析,提出了相珞合金鑄鐵材料的高速鈦削鋸 齒狀切屑是由絕熱剪切和瞪性斷裂共同引超的觀點(diǎn),并研窕了切削參數(shù)對相齒狀切屑形 成的影響規(guī)律.唐忐濤等人建立/基于自限變形理論、虛功原理和更新的拉格朗日公 式的熱一彈型性本構(gòu)力.程,導(dǎo)出熱一彈型性大變形稿合限制方程有效預(yù)測了正交切 削做空鋁合金的切屑形態(tài)、切削力、切削溫度以及應(yīng)力場和應(yīng)變場等物理場的分布,解 眄.蘇桂生如對鈦合金進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)研究,得出了切削刀的的印方程及最正確切削參 數(shù).韋偉,任家隆閩建立了熱力埸合、平面應(yīng)變慢型和正交試驗(yàn)表